DE10128840A1

DE10128840A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer Fördereinrichtung

Info

Publication number: DE10128840A1
Application number: DE10128840A
Authority: DE
Inventors: Stefan Spannhake; Herbert Horbrugger; Reinhard Henkel
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2003-01-09
Also published as: JP2003034486A; JP3993793B2; CN1392667A; CN1251397C; US6782989B2; US20030000801A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer einen Antriebsmotor (26) und einen mindestens hinsichtlich der Frequenz seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter (42) aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung (10), insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, wobei der Antriebsmotor (26) im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) gespeist wird, die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) vor der Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb oder umgekehrt mittels einer PLL-Einrichtung (30) im wesentlichen phasengenau auf die Netzfrequenz gebracht wird und diese Umschaltung bewirkt wird, sobald diese Phasenübereinstimmung erreicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteiges. Dabei umfasst die Fördereinrichtung einen Netzspannungsanschluss, der eine im wesentlichen konstante Netzfrequenz liefert, einen elektrischen Antriebsmotor, insbesondere in Form eines Induktionsmotors oder Synchronmotors, und einen Frequenzumrichter.

Eine typische Fördereinrichtung zur Personenförderung in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs umfasst eine Vielzahl dicht benachbarter Trittplatten, die mit Hilfe des Antriebsmotors in Form eines Endlosbandes in gewünschter Förderrichtung bewegt werden.

Um den Energieverbrauch und die Abnutzung derartiger Fördereinrichtungen zu reduzieren, ist man dazu übergegangen, solche Fördereinrichtungen nur bei Förderbedarf in Förderbewegung zu versetzen, sie ansonsten zum Stillstand zu bringen. Zu diesem Zweck ist ein Beförderungsbedarfsignalgeber vorgesehen, beispielsweise in Form einer in Förderrichtung vor der Fördereinrichtung angeordneten Trittmatte, einer Lichtschranke oder eines manuell betätigbaren Schalters, mittels welchem das Vorliegen von Beförderungsbedarf festgestellt werden kann. Liegt Beförderungsbedarf vor, beispielsweise weil ein Fahrgast auf die Trittmatte getreten ist, wird die Fördereinrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer in Förderbewegung versetzt und wieder abgeschaltet, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer kein weiterer Beförderungsbedarf festgestellt worden ist.

Aus der WO 98/18711 ist es bekannt, zur Vermeidung von Spitzenbelastungen während häufigen Ein- und Ausschaltens der . Fördereinrichtung den Antriebsmotor nicht abrupt ein- und auszuschalten sondern bei Umschaltvorgängen die Drehzahl des Antriebsmotors rampenförmig ansteigen beziehungsweise abfallen zu lassen. Für derartige Fördereinrichtungen werden vorwiegend Induktionsmotoren verwendet. Da die Drehzahl eines Induktionsmotors von der Frequenz der ihn speisenden Wechselspannung abhängt, was bei direkter Speisung aus einem Wechselspannungsnetz mit konstanter Netzfrequenz konstante Drehzahl des Induktionsmotors bedeutet, wird ein steuerbarer Frequenzumrichter eingesetzt, mit welchem die ihm zugeführte Netzfrequenz in steuerbarer Weise in eine von der Netzfrequenz verschiedene Ausgangsfrequenz umgesetzt werden kann.

Die Kosten für einen Frequenzumrichter, welcher den Antriebsmotor einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs auch bei Lastbetrieb speist, wären hoch, da die Kosten des Frequenzumrichters mit der Ausgangsleistung, welche der Frequenzumrichter liefern können muss, enorm ansteigen.

Um die Anschaffungs- und Betriebskosten niedriger zu halten, sieht die WO 98/18711 vor, dass die Fördereinrichtung nur im Lastbetrieb mit voller Fördergeschwindigkeit angetrieben wird, in einem Stand-By-Betrieb oder Leerbetrieb, während welchem kein Förderbedarf besteht, jedoch nur mit einer reduzierten Leerbetriebgeschwindigkeit, und dass der Antriebsmotor nur während des Leerbetriebs und der Umschaltvorgänge aus dem Frequenzumrichter gespeist wird, während des Lastbetriebs jedoch direkt aus der Netzspannungsquelle. Dies schafft die Möglichkeit, den Frequenzumrichter hinsichtlich seiner Maximalleistung viel niedriger auszulegen, was zu einer beträchtlichen Kosteneinsparung gegenüber einem Frequenzumrichter führt, dessen Maximalleistung dem Lastbetrieb der Fördereinrichtung angepasst ist. Die aus der WO 98/18711 bekannte Fördereinrichtung geht dann, wenn nach Durchführung eines Förderauftrags kein weiterer Förderbedarf gemeldet wird, zunächst in den Leerbetrieb über und wird in den Stillstand erst dann geschaltet, wenn für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Übergang in den Leerbetrieb kein erneuter Förderbedarf gemeldet wird.

Durch die genannten Massnahmen hat man eine beträchtliche Reduzierung von Lastspitzen und abrupten Geschwindigkeitsänderungen der Fördereinrichtungen erreicht. Bei Wechseln zwischen Netzspeisung und Frequenzumrichterspeisung des Antriebsmotors kann es aber immer noch zu hohen Übergangsströmen kommen, und zwar aufgrund von Abweichungen zwischen Netzfrequenz und Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters und deren Phasenlagen zum Zeitpunkt einer Umschaltung zwischen Netzspeisung und Frequenzumrichterspeisung des Antriebsmotors und aufgrund der jeweiligen Eigenspannung des Antriebsmotors, die zu einer Überlastung des Frequenzumrichters und zu ruckartigen Bewegungsänderungen der Fördereinrichtung führen können.

Derartige Erscheinungen sind mit einem Verfahren überwunden worden, das in der nachveröffentlichten früheren deutschen Patentanmeldung 199 60 491.6 der Anmelderin offenbart ist und bei dem die Netzspannung und die Frequenzumrichterausgangsspannung hinsichtlich Frequenz und Phasenlage miteinander verglichen werden und der Frequenzumrichter auf eine Ausgangsfrequenz gesteuert wird, die einen vorbestimmten Frequenzabstand von der Netzfrequenz aufweist. Ist mittels eines Beförderungssignalgebers ein Bedarf für ein Umschalten der Fördereinrichtung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb oder umgekehrt signalisiert worden, wird zu demjenigen Zeitpunkt nach dem Signalisieren dieses Betriebsartenumschaltbedarfs, zu welchem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters sowohl den vorbestimmten Frequenzabstand zur Netzfrequenz aufweist als auch ein vorbestimmter Phasenabstand zwischen der Frequenzumrichterausgangsfrequenz und der Netzfrequenz erreicht worden ist, ein die Umschaltung des Antriebsmotors zwischen Frequenzumrichterspeisung und Netzspeisung auslösendes Umschaltsteuersignal erzeugt. Durch die Abgabe des Umschaltsteuersignals nicht zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters sowohl frequenzmässig als auch phasenmässig mit der Netzfrequenz übereinstimmen, sondern "vorausschauend" zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters den vorbestimmten Frequenzabstand zur Netzfrequenz aufweist als auch der vorbestimmte Phasenabstand zwischen der Frequenzumrichterausgangsfrequenz und der Netzfrequenz erreicht worden ist, wird berücksichtigt, dass für die Umschaltung zwischen Leerbetrieb und Lastbetrieb verwendete Schaltereinrichtungen, üblicherweise Schütze, einerseits nicht verzögerungsfrei arbeiten und dass andererseits eine Stromloszeitdauer zwischen dem Abfallen des einen Schützes und dem Anziehen des anderen Schützes erforderlich ist, um einen Kurzschluss des Netzes über den Frequenzumrichter zu vermeiden. Zwischen der Abgabe eines Umschaltsteuersignals und dem Abfallen des zuvor leitenden Schützes und schliesslich dem Anziehen des anderen Schützes gibt es eine bestimmte inhärente Reaktionsverzögerung, die von den speziellen Komponenten der speziellen Fördereinrichtung abhängt und durch den genannten Frequenzabstand und den genannten Phasenabstand berücksichtigt wird.

Das in der deutschen Patentanmeldung 199 60 491.6 beschriebene Verfahren hat sich gut bewährt. Es gibt aber Fälle, in denen man mit geringerem Steueraufwand auskommen möchte, und dies soll mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden.

Zu diesem Zweck macht die Erfindung ein Verfahren der in Patentanspruch 1 angegebenen Art und eine Steuervorrichtung der in Patentanspruch 14 angegebenen Art verfügbar. Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen entnehmbar.

Einerseits schafft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Antriebs einer einen Antriebsmotor und einen mindestens hinsichtlich der Frequenz seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung, insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, wobei der Antriebsmotor im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Ausgangsspannung des Frequenzumrichter gespeist wird, die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichter vor einer Umschaltung von Leerbertrieb auf Lastbetrieb oder umgekehrt mittels einer PLL-Einrichtung im wesentlichen phasengenau auf die Netzfrequenz gebracht wird und diese Umschaltung bewirkt wird, sobald diese Phasenübereinstimmung erreicht ist.

Andererseits schafft die Erfindung eine elektrische Steuervorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer einen Netzspannungsanschluss für die Zuführung einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und einen Antriebsmotor aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung, insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, aufweisend einen mindestens hinsichtlich der Frequenz seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter, eine steuerbare Umschalteinrichtung mit einem Lastbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor mit dem Netzspannungsanschluss gekoppelt ist, und einem Leerbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor mit dem Frequenzumrichter gekoppelt ist, derart, dass der Antriebsmotor im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Ausgangsspannung des Frequenzumrichter gespeist wird, und eine PLL-Einrichtung, mittels welcher die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichter vor einer Umschaltung von Leerbertrieb auf Lastbetrieb oder umgekehrt im wesentlichen phasengenau auf die Netzfrequenz steuerbar ist, wobei die Umschaltung der Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von dem Erreichen einer derartigen Phasenübereinstimmung steuerbar ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden der PLL-Einrichtung eingangsseitig die Netzfrequenz als Soll-Phase und die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichter als Ist-Phase zugeführt. Auf diese Weise wird die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters solange verändert, bis die Ausgangsfrequenz der PLL-Einrichtung und damit des Frequenzumrichter auf die Netzfrequenz einrastet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb zunächst ein rampenförmiger Anstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters gesteuert, bevor die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters mittels der PLL-Einrichtung auf die Netzfrequenz gebracht und von Frequenzumrichterspeisung auf Netzspeisung umgeschaltet wird. Gleichermaßen kann bei einer Umschaltung von Lastbetreib auf Leerbetrieb ein rampenförmiger Abstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichter gesteuert werden, nachdem von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung umgeschaltet worden ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Födereinrichtung sowohl beim Übergang von Leerbetrieb auf Lastbetrieb als auch beim Übergang von Lastbetrieb auf Leerbetrieb sanft und damit ruckfrei ändert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Umschaltung zwischen Leerbetrieb und Lastbetrieb mittels einer Umschalteinrichtung, die eine den Antriebsmotor mit dem Netzspannungsanschluss verbindende erste steuerbare Schaltereinrichtung und eine den Antriebsmotor mit dem Frequenzumrichter verbindende zweite steuerbare Schaltereinrichtung aufweist, wobei jeweils nur eine der beiden Schaltereinrichtungen leitend schaltbar ist und das leitend Schalten der jeweils nicht leitenden Schaltereinrichtung nur nach einer vorbestimmten Stromloszeitdauer nach dem nichtleitend Schalten der bis dahin leitenden Schaltereinrichtung möglich ist. Dies berücksichtigt, dass die für solche Schaltereinrichtungen üblicherweise verwendeten Schütze nicht verzögerungsfrei arbeiten, und stellt sicher, dass es nicht zum gleichzeitigen Leiten beider Schaltereinrichtung kommt, was einen schädlichen Kurzschluss des Netzes über den Frequenzumrichter zur Folge haben könnte.

Während der Stromloszeitdauer bleibt der Antriebsmotor ohne Energiezufuhr, was aufgrund inhärenter Reibung der Fördereinrichtung zu einem Drehzahlabfall des Antriebsmotors während der Stromloszeitdauer führt, wodurch es zu einer Verringerung des Betrages und der Frequenz der Motorklemmenspannung kommt.

Um Beeinträchtigungen eines glatten Umschaltens zwischen Leerbetrieb und Lastbetrieb durch diese mit den Stromloszeiten in Verbindung stehenden Erscheinungen zu vermeiden, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung eine dritte steuerbare Schaltereinrichtung vorgesehen, mittels welcher der Sollphaseneingangsanschluss der PLL-Einrichtung in einem ersten Schaltzustand mit dem Netzspannungsanschluss und in einem zweiten Schaltzustand mit einem Motoranschluss, an dem die Motorklemmenspannung abnehmbar ist, verbunden wird, wobei die dritte Schaltereinrichtung derart gesteuert wird, dass der Sollphaseneingangsanschluss während der Stromloszeitdauer mit dem Motoranschluss und ansonsten mit dem Netzspannungsanschluss gekoppelt ist. Dadurch wird erreicht, dass die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters während der Stromloszeitdauer des Antriebsmotors auf eine Frequenz gebracht wird, die dem der während des Stromloszustands auftretenden Abfall der Drehzahl des Antriebsmotors entspricht.

Durch diese Maßnahme wird bewirkt, dass bei einer Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb, also bei einer Umschaltung von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung, zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem der Motor mit dem Ausgang des Frequenzumrichters verbunden wird, die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters frequenz- und phasenmäßig auf die Drehzahl und die Motordrehposition des Antriebsmotors angepasst ist.

Da die Drehzahl des Antriebsmotors während der Stromloszeitdauer abnimmt, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass der Frequenzumrichter den Antriebsmotor bei einer Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb vor dem Umschaltvorgang auf eine Drehzahl steuert, die um denjenigen Betrag über der der Netzfrequenz entsprechenden Motordrehzahl liegt, um welche die Motordrehzahl während der Stromloszeitdauer abfällt. Der Betrag, um welchen die Motordrehzahl während der Stromloszeitdauer abfällt, kann für die jeweilige Fördereinrichtung ermittelt werden, beispielsweise durch Messungen, und bei der Auslegung der Ansteuerung des Frequenzumrichters berücksichtigt werden.

Da während der Stromloszeitdauer nicht nur die Motordrehzahl abfällt sondern auch die Motorklemmenspannung, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters veränderbar ist, dass die Motorklemmenspannung mindestens während der Stromloszeitdauer gemessen wird und dass die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters während der Stromloszeitdauer an die Motorklemmenspannung angepasst wird. Auch dies dient einem glatten Übergang bei der Umschaltung zwischen Netzspeisung und Frequenzumrichterspeisung des Antriebsmotors.

Da normalerweise die Motordaten und die Stromloszeitdauer für eine bestimmte Fördereinrichtung bekannt sind, kann der während der Stromloszeitdauer auftretende Abfall der Motorklemmenspannung aus diesen Daten ermittelt und verwendet werden. In diesem Fall ist eine Motorspannungsmesseinrichtung nicht erforderlich.

Übliche Frequenzumrichter weisen in ihrer Ausgangsstufe Brückenschaltungen auf, welche elektronische Schalter enthalten, die mit Schaltsteuerimpulsen angesteuert werden, deren Frequenz die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters bestimmt. Die zuvor angesprochene Steuerung des Spannungswertes der Frequenzumrichterausgangsspannung wird bei einer Ausführungsform der Erfindung durch Pulsbreitenmodulation der Schaltsteuerimpulse bewirkt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die PLL-Einrichtung in herkömmlicher Weise in Reihenschaltung einen Phasendetektor, ein Schleifenfilter und einen spannungsgesteuerten Oszillator auf, wobei dem Phasendetektor als Sollsignal die Netzspannung bzw. währen der Stromloszeitdauer die Motorklemmenspannung und als Ist-Signal die Frequnzumrichterausgangsspannung zugeführt werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind der Frequenzumrichter und mindestens der spannungsgesteuerte Oszillator der PLL-Einrichtung in eine Frequenzumrichterschaltungsanordnung integriert. Der Phasendetektor und/oder das Schleifenfilter können mit Hardwarekomponenten oder softwaremäßig durch Programmierung der Frequenzumrichterschaltungsanordnung realisiert werden. Im letzteren Fall kann der Istwert von OVF 42 abgenommen und im Softwaremodul für die PLL-Einrichtung direkt als Istgröße verarbeitet werden.

Für den Fall, dass der Frequenzumrichter durch eine programmierbare Schaltungsanordnung realisiert und die PLL-Funktion durch Programmierung eines solchen Frequenzumrichters bewirkt wird, lässt sich eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit besonders geringem Aufwand und dem entsprechend mit besonders geringen Kosten herstellen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine zum Teil aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Fahrtreppe;
Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild, teilweise in Blockdarstellung, mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
Fig. 3 eine zeitliche Darstellung von Abläufen im Zusammenhang mit einer Umschaltung der Fördereinrichtung von Stillstand auf Lastbetrieb; und
Fig. 4 eine zeitliche Darstellung von Abläufen im Zusammenhang mit einer Umschaltung der Fördereinrichtung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb.
Als Beispiel für eine erfindungsgemäße Fördereinrichtung wird eine Fahrtreppe betrachtet, wie sie in Fig. 1 in teilweise geschnittener, perspektivischer Ansicht zu sehen ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Fahrtreppe 10 umfasst einen unteren Treppenabsatz 12, einen oberen Treppenabsatz 14, ein Tragwerk 16, eine Vielzahl von hintereinander aufgereihten, ein Endlosband bildenden Trittplatten 18, eine Schleppkette 22 zum Antreiben der Trittplatten 18, ein Paar Balustraden 24, die sich zu beiden Seiten der aufgereihten Trittplatten 18 erstrecken, einen Antriebsmotor 26, der antriebsmäßig mit der Schleppkette 22 gekoppelt ist, eine mit dem Antriebsmotor 26 zusammenwirkende Steuervorrichtung 28 und einen Beförderungsbedarfsignalgeber in Form eines Fahrgastsensors 32, bei dem es sich beispielsweise um eine Lichtschranke handelt, der aber auch durch eine Trittmatte oder einen Hand- oder Fußschalter gebildet sein kann. Die Trittplatten 18 bilden die Plattformen für das Befördern von Fahrgästen zwischen den beiden Treppenabsätzen 12 und 14. Jede der beiden Balustraden 24 umfasst einen beweglichen Handlauf 34, der mit derselben Geschwindigkeit wie die Trittplatten 18 angetrieben wird.
Die Steuervorrichtung 28 bestimmt die dem Antriebsmotor 26 zugeführte elektrische Energie und steuert damit die Drehzahl des Antriebsmotors 26 und somit die Bewegungsgeschwindigkeit der Trittplatten 18.
Fig. 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 28. Die Steuervorrichtung 28 umfasst eine PLL-Einrichtung 30 (nachfolgend kurz mit PLL 30 bezeichnet) an sich bekannter Art, die in Reihenschaltung einen eingangsseitigen Phasendetektor 33, ein diesem nachgeschaltetes Schleifenfilter 34 und einen diesem nachgeschalteten spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 36 aufweist. Der spannungsgesteuerte Oszillator 36 ist mit einer Frequenzumrichtereinrichtung zu einer Schaltung OVF 42 mit variabler Ausgangsfrequenz (nachfolgend kurz OVF 42 genannt) integriert. Außerdem umfasst die Steuervorrichtung 28 eine steuerbare Umschalteinrichtung mit einem ersten Schütz K1, einem zweiten Schütz K2 und einem dritten Schütz K3. OVF 42 steht unter steuerndem Einfluss einer Fahrtreppensteuereinrichtung 44, deren Funktion von dem Fahrgastsensor 32 abhängt.
Die gesamte Schaltungsanordnung ist dreiphasig ausgebildet und wird von einem dreiphasigen Wechselstromnetz mit drei Phasenleitungen L1, L2 und L3 gespeist. Eine andere Phasenzahl ist möglich.
Die Steuervorrichtung 28 ist eingangsseitig mit den drei Leitungen L1-L3 des Netzes verbunden. Das bedeutet, dass einerseits die Eingangsseite des Schützes K1 und andererseits die Eingangsseite von OVF 42 mit den Leitungen L1-L3 verbunden sind. Die Eingangsfrequenz des in OVF 42 enthaltenen Frequenzumrichters ist somit durch die Netzfrequenz gegeben. Der Antriebsmotor 26 ist über das Schütz K1 mit den Leitungen L1-L3 des Netzes und über das Schütz K2 mit der Ausgangsseite von OVF 42 verbunden.
Der Phasendetektor 33 besitzt einen Sollsignaleingang Es und einen Istsignaleingang Ei, denen die beiden Signale zugeführt werden, deren Phasendifferenz mittels des Phasendetektors 32 ermittelt werden soll. Dem Sollsignaleingang Es wird eine Phase des Drei-Phasensystems zugeführt. Dem Sollsignaleingang Es ist ein Umschalter K3 vorgeschaltet, über welchen der Sollsignaleingang Es je nach Schaltstellung von K3 entweder mit den beiden Leitungen L2 und L3 des Netzes oder mit zwei der drei Anschlussklemmen des Antriebsmotors 26 verbindbar ist. Der Istsignaleingang Ei des Phasendetektors 32 ist mit zwei der drei Ausgangsleitungen von OVF 42 verbunden.
Die Fahrtreppensteuereinrichtung 44 und OVF 42 sind über zwei Steuerleitungen SL_NS bzw. SL_SS, über welche ein Signal "Normal/Stand- By" bzw. ein Signal "Start-Stop" übertragen werden, miteinander verbunden. Über die beiden Steuerleitungen SL_NS und SL_SS, erhält OVF 42 Steuerbefehle, die von dem Ausgangssignal des Fahrgastdetektors 32 abhängen.
Steuereingänge k1, k2 und k3 von K1, K2 bzw. K3 sind mit einem Steuerausgang SO von OVF 42 über Steuerleitungen SL1, SL2 bzw. SL3 verbunden, über welche sie in den jeweils erforderlichen Schaltzustand steuerbar sind. Für die Übertragung der Steuersignale kann anstelle diskreter Steuerleitungen SL1, SL2, SL3, SL_NS und SL_SS ein Feldbus verwendet werden.
OVF 42 weist eine Spannungsmesseinrichtung 46 auf, die über eine Doppelmessleitung ML mit zwei der drei Anschlussklemmen des Antriebsmotors 26 verbunden ist.
Die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung wird nun anhand der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Zeitdiagramme näher erläutert.
Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Stillstand auf Lastbetrieb der Fahrtreppe 10. In dieser Figur sind von oben nach unten das Ausgangssignal des Fahrgastdetektors 28, die von der Fahrtreppensteuereinrichtung 44 an OFV 42 gelieferten Steuersignale "Start/Stop" und "Normal/Stand-By", der Zustand der PLL-Einrichtung 30, die Schaltzustände der Schütze K1 und K2 und die Ausgangsfrequenz von OVF 42 je in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
Fig. 4, ein Zeitdiagramm im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb, zeigt die gleichen Signale wie Fig. 3, mit Ausnahme des Ausgangssignals des Fahrgastdetektors 28, und zusätzlich den Schaltzustand des dritten Schützes K3.
Zunächst werden anhand der Fig. 3 die Abläufe im Zusammenhang mit einer Umschaltung der Fahrtreppe 10 von Stillstand auf Lastbetrieb betrachtet.
Zu einem Zeitpunkt t₀ steht die Fahrtreppe 10 still. In diesem Zustand ist keines der beiden Schütze K1 und K2 leitend geschaltet und ist die Ausgangsfrequenz von OVF 42 Null.
Zu einem Zeitpunkt t₁ wird mittels des Fahrgastdetektors 32 festgestellt, dass ein Fahrgast die Fahrtreppe 10 betreten hat. Daraufhin gibt der Fahrgastdetektor 32 ein Beförderungsbedarfssignal an die Fahrtreppensteuereinrichtung 44 dadurch ab, dass das Ausgangssignal des Fahrgastdetektors 32 von L auf H übergeht. Dies veranlasst die Fahrtreppensteuereinheit 44, die an ihren Ausgängen gelieferten Steuersignale "Normal/Stand-By" und "Start/Stop" zum Zeitpunkt t2 von L auf H zu ändern. Dies wiederum bewirkt in OVF 42, zum Zeitpunkt t2 über die Steuerleitung SL2 das Schütz K2 in den leitenden Zustand zu steuern, wodurch der Antriebsmotor 26 mit dem Ausgang von OVF 42 verbunden, also auf Frequenzumrichterspeisung geschaltet wird. Das Schütz K3 befindet sich dabei in demjenigen Schaltzustand, in welchem der Sollsignaleingang Es des Phasendetektors 32 mit den Leitungen L2 und L3 des Netzes verbunden ist. Dem Istsignaleingang Ei des Phasendetektors 32 wird die Ausgangsfrequenz von OVF 42 zugeführt, zunächst also ein Frequenzwert 0. Da die PLL-Einrichtung 30 versucht, die Ausgangsfrequenz von OVF 42 auf die Netzfrequenz zu bringen, steigt die Ausgangsfrequenz von OVF 42 an, bis die PLL-Einrichtung 30 auf die Netzfrequenz einrastet.
Es besteht auch die Möglichkeit, OVF 42 derart einzurichten, beispielsweise durch Programmierung, dass die Anstiegsrampe der Ausgangsfrequenz von OVF 42 zwischen t₂ und t₃ nicht durch die Arbeitsgeschwindigkeit der PLL-Einrichtung bestimmt sondern auf einen vorbestimmten Rampenanstiegswert eingestellt wird.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Zeitdiagramm wird davon ausgegangen, dass die PLL-Einrichtung 30 zum Zeitpunkt t3 auf die Netzfrequenz einrastet, d. h., dass die Ausgangsfrequenz von OVF 42 in Übereinstimmung mit der Frequenz und Phasenlage der Netzspannung gebracht worden ist. Das Einrasten der PLL-Einrichtung 30 auf die Netzfrequenz und Netzphase bewirkt die Abgabe eines Steuersignals von OVF 42 an K2, welches K2 in den nichtleitenden Zustand umschaltet. Aufgrund der inhärenten Verzögerung von K2 geht K2 erst zum Zeitpunkt t5 in den nichtleitenden Schaltzustand über. Es folgt nun ein von t5 bis t6 dauernder Stromloszustand, in welchem der Antriebsmotor 26 weder von OVF 42 noch vom Netz gespeist wird. Die Umschaltung von K1 vom nichtleitenden in den leitenden Zustand unter Steuerung eines von OVF 42 gelieferten Steuersignals erfolgt zum Zeitpunkt t6. Von diesem Zeitpunkt ab wird der Antriebsmotor 26 aus dem Netz gespeist und befindet sich die Fahrtreppe 10 im Lastbetrieb.
Der Lastbetrieb wird aufrecht erhalten, bis kein Beförderungsbedarf mehr besteht. Von einem Ende des Beförderungsbedarfs wird dann ausgegangen, wenn der Fahrgastdetektor 32 für eine vorbestimmte Zeitdauer keinen Fahrgast gemeldet hat, d. h., die Fahrtreppe 10 für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht mehr von einem neuen Fahrgast betreten worden ist.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Zeitdiagramm wird davon ausgegangen, dass sich die Fahrtreppe 10 zum Zeitpunkt t₇ noch in dem seit dem Zeitpunkt t₆ (Fig. 3) bestehenden Lastbetrieb, also unter Netzspeisung befindet. Es wird angenommen, dass zum Zeitpunkt t₈ die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, während welcher kein neuer Fahrgast mehr dedektiert worden ist. Daher geht zum Zeitpunkt t₈ das Steuersignal "Normal/Stand-By" von H auf L über, was die Umschaltung der Fahrtreppe 10 vom Lastbetrieb in den Leerbetrieb und damit von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung einleitet. Da die PLL-Einrichtung 30 während des gesamten Lastbetriebes auf die Netzfrequenz eingerastet bleibt, die Ausgangsfrequenz von OVF 42 daher während der gesamten Lastbetriebdauer auf der Frequenz und Phasenlage der Netzspannung gehalten wird, kann die Umschaltung der Schütze K1 und K2 sofort erfolgen.
Zunächst wird zum Zeitpunkt t₉das Schütz K1 in den nichtleitenden Zustand umgeschaltet, und nach einer bis zum Zeitpunkt t₁₀dauernden Verzögerungszeit wird das Schütz K2 in den leitenden Zustand geschaltet. Damit ist die Umschaltung der Fahrtreppe 10 von Lastbetrieb auf Leerbetrieb, und damit die Umschaltung des Antriebsmotors 26 von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung beendet.
Während der von t₉ bis t₁₀ reichenden Stromloszeitdauer fällt die Drehzahl des Antriebsmotors 26 und damit die Frequenz der Motorklemmenspannung ab. Daher wird bei der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dem Phasendetektor 32 während der Stromloszeitdauer als Sollwert die Motorklemmenspannung zugeführt, indem das Schütz K3 während der Stromloszeitdauer von t₉ bis t₁₀ von OVF 42 in denjenigen Schaltzustand gesteuert wird, in welchem der Sollsignaleingang Es des Phasendetektors 32 mit den Motorklemmen des Antriebsmotors 26 verbunden ist. Dementsprechend geht gemäß Fig. 4 das Steuersignal für K3 während der Stromloszeitdauer von L in H über.
Wenn zum Zeitpunkt t₁₀ das Schütz K2 in den leitenden Zustand gelangt und damit der Antriebsmotor 26 mit dem Ausgang von OVF 42 verbunden wird, ist die Ausgangsspannung von OVF 42 frequenz- und phasenmäßig auf die dann vorhandene Motorklemmenspannung eingerastet, so dass zum Zeitpunkt t₁₀ eine glatte Umschaltung des Motors auf Frequenzumrichterspeisung erfolgen kann.
Während der Stromloszeitdauer fällt nicht nur die Drehzahl und damit die Frequenz der Motorklemmenspannung ab sondern auch die Amplitude der Motorklemmenspannung. Um einen besonders glatten Einsatz der Freuenzumrichterspeisung zu erzielen, ist bei der in Fig. 2 gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Spannungsmesseinrichtung 46 vorgesehen, mittels welcher die Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer gemessen wird. Ausserdem ist OVF 42 derart ausgebildet, dass die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters verändert werden kann. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters entsprechend der sich während der Stromloszeitdauer verringernden Amplitude der Motorklemmenspannung reduziert werden. Die Verringerung der Amplitude und der Frequenz der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer infolge von Schlupf und Reibung wird also durch entsprechende Reduzierung der Frequenz und der Amplitude der Frequenzumrichterausgangsspannung kompensiert, so dass Ausgleichsströme minimiert werden, die ohne eine solche Kompensation entstünden, wobei die Verringerung der Motorklemmenspannung mit einer Spannungsmesseinrichtung gemessen oder aus den Motordaten ermittelt werden kann.
Nach dem Übergang von K2 in den leitenden Zustand senkt der Frequenzumrichter die Frequenz und die Amplitude seiner Ausgangsspannung entsprechend der in Fig. 4 gezeigten ersten Rampe ab, bis die Werte der Stand-By-Drehzahl erreicht sind. Der Stand-By- Betrieb wird fortgesetzt, bis entweder vom Fahrgastdetektor 32 ein neuer Beförderungsbedarf gemeldet wird oder bis eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Zeitpunkt t₁₀ abgelaufen ist, ohne dass der Fahrgastdetektor 32 einen neuen Beförderungsbedarf gemeldet hat. Im letzteren Fall wird die Antriebsgeschwindigkeit der Fahrtreppe 10 durch eine zum Zeitpunkt t₁₁ einsetzende weitere Rampe abgesenkt, bis die Frequenz von OVF 42 zum Zeitpunkt t₁₂ den Wert 0 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird dann auch K2 in den nicht leitenden Zustand geschaltet. Von da ab ist der Antriebsmotor 26 weder mit dem Netz noch mit dem Frequenzumrichter 42 verbunden, bleibt also ohne Speisung.
Die Steuersignale, welche K1, K2, und K3 von OVF 42 zugeführt werden, werden durch Erreichen des Einrastzustands der PLL-Einrichtung 30 ausgelöst.
Eine besonders glatte Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb kann man dadurch erreichen, dass man mindestens die Frequenz, vorzugsweise auch die Amplitude, der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters derart steuert, dass sie um denjenigen Betrag über der Frequenz und der Amplitude der Netzspannung liegen, um welchen die Motordrehzahl und die Amplitude der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer abfallen. Der Betrag, um welchen die Motordrehzahl bzw. die Amplitude der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer abfallen, kann für die jeweilige Fördereinrichtung ermittelt werden und kann bei der Auslegung des Frequenzumrichters berücksichtigt werden. Die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters wird dann auf einen Wert gesteuert, der entsprechend über der Einrastfrequenz der PLL-Einrichtung 30 liegt.
Für die PLL-Einrichtung 30 gibt es mehrere Realisierungsmöglichkeiten. Der Phasendetektor 32 und das Schleifenfilter 34 können entweder in Form von Hardware oder in Form von Software als Teil der Software von OVF 42 realisiert werden. Bei der Hardwarelösung können diskrete oder integrierte Schaltungsbausteine verwendet werden. Unter Kostengesichtspunkten ist die Software-Lösung zu bevorzugen.
Die PLL-Einrichtung 30 kann linear oder digital ausgebildet werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Antriebs einer einen Antriebsmotor (26) und einen mindestens hinsichtlich der Frequenz seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter (42) aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung (10), insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, wobei:
der Antriebsmotor (26) im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) gespeist wird;
die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) vor einer Umschaltung von Leerbertrieb auf Lastbetrieb oder umgekehrt mittels einer PLL-Einrichtung (30) im wesentlichen phasengenau auf die Netzfrequenz gebracht wird; und
diese Umschaltung bewirkt wird, sobald diese Phasenübereinstimmung erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der PLL-Einrichtung (30) eingangsseitig die Netzfrequenz als Soll-Phase und die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) als Ist-Phase zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der PLL-Einrichtung (30) eingangsseitig als Soll-Größe die Netzfrequenz und als Ist-Größe ein die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) steuerndes Steuersignal zugeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Leerbetrieb auf Lastbetrieb zunächst ein rampenförmiger Anstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) gesteuert wird, bevor die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) mittels der PLL-Einrichtung (30) auf die Netzfrequenz gebracht und von Frequenzumrichterspeisung auf Netzspeisung umgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem im Zusammenhang mit einer Umschaltung von Lastbetrieb auf Leerbetrieb ein rampenförmiger Abstieg der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) gesteuert wird, nachdem von Netzspeisung auf Frequenzumrichterspeisung umgeschaltet worden ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der Antriebsmotor (26) während des Vorgangs der Umschaltung zwischen Netzspeisung und Frequenzumrichterspeisung für eine Stromloszeitdauer ohne Speisung betrieben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) mittels der PLL-Einrichtung (30) während der Stromloszeitdauer auf die Frequenz der Motorklemmenspannung gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der PLL-Einrichtung (30) während der Stromloszeitdauer eingangsseitig die Frequenz der Motorklemmenspannung als Soll-Phase und die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) als Ist-Phase zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) relativ zur Netzspannung verändert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Änderung der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer gemessen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Änderung der Motorklemmenspannung während der Stromloszeitdauer aus Motordaten abgeleitet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welchem die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) während der Stromloszeitdauer auf die Motorklemmenspannung gebracht wird.

14. Elektrische Steuervorrichtung zur Steuerung des Antriebs einer einen Netzspannungsanschluss für die Zuführung einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und einen Antriebsmotor (26) aufweisenden, zwischen einem Lastbetrieb und einem Leerbetrieb umschaltbaren Fördereinrichtung (10), insbesondere in Form einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs, aufweisend:
einen mindestens hinsichtlich der Frequenz seiner Ausgangsspannung steuerbaren Frequenzumrichter (42);
eine steuerbare Umschalteinrichtung mit einem Lastbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor (26) mit dem Netzspannungsanschluss gekoppelt ist, und einem Leerbetriebsschaltzustand, in welchem der Antriebsmotor (26) mit dem Frequenzumrichter (42) gekoppelt ist, derart, dass der Antriebsmotor (26) im Lastbetrieb mit einer Netzspannung mit im wesentlichen konstanter Netzfrequenz und im Leerbetrieb mit der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) gespeist wird; und
eine PLL-Einrichtung (30), mittels welcher die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) vor einer Umschaltung von Leerbertrieb auf Lastbetrieb oder umgekehrt im wesentlichen phasengenau auf die Netzfrequenz steuerbar ist;
wobei die Umschaltung der Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von dem Erreichen einer derartigen Phasenübereinstimmung steuerbar ist.

15. Steuervorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die PLL-Einrichtung (30) einen Sollphaseneingangsanschluss, dem die Netzfrequenz als Soll-Phase zuführbar ist, und einen Istphaseneingansanschluss, dem die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) als Ist-Phase zuführbar ist, aufweist.

16. Steuervorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der PLL-Einrichtung (30) eingangsseitig als Soll-Größe die Netzfrequenz und als Ist-Größe ein die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters (42) steuerndes Steuersignal zuführbar ist.

17. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei welcher:
die Umschalteinrichtung (K1, K2) eine den Antriebsmotor (26) mit dem Netzspannungsanschluss verbindende erste steuerbare Schaltereinrichtung (K1) und eine den Anriebsmotor mit dem Frequenzumrichter (42) verbindende zweite steuerbare Schaltereinrichtung (K2) aufweist;
jeweils nur eine der beiden Schaltereinrichtungen (K1, K2) leitend schaltbar ist; und
das leitend Schalten der jeweils nicht leitenden Schaltereinrichtung (K1, K2) nur nach einer vorbestimmten Stromloszeitdauer nach dem nichtleitend Schalten der bis dahin leitenden Schaltereinrichtung (K1, K2) möglich ist.

18. Steuervorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher eine dritte steuerbare Schaltereinrichtung (K3) in Form eines Umschalters vorgesehen ist, mittels welcher der Sollphaseneingangsanschluss in einem ersten Schaltzustand mit dem Netzspannungsanschluss und in einem zweiten Schaltzustand mit einem Motoranschluss, an dem die Motorklemmenspannung abnehmbar ist, verbindbar ist, wobei die dritte Schaltereinrichtung (K3) derart steuerbar ist, dass der Sollphaseneingangsanschluss während der Stromloszeitdauer mit dem Motoranschluss und ansonsten mit dem Netzspannungsanschluss gekoppelt ist.

19. Steuervorrichtung nach einen der Ansprüche 14 bis 18, bei welcher die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) relativ zur Netzspannung steuerbar ist.

20. Steuervorrichtung nach Anspruch 19, aufweisend:
eine Spannungsermittlungseinrichtung, mittels welcher die Motorklemmenspannung mindestens während der Stromloszeitdauer ermittelbar ist,
und eine Spannungssteuereinrichtung, mittels welcher die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) während der Stromloszeitdauer auf den ermittelten Spannungswert der Motorklemmenspannung steuerbar ist.

21. Steuervorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher der Frequenzumrichter (42) eine dessen Ausgangsspannung bestimmende, mit impulsförmigen Schaltsteuersignalen gesteuerte Schalteranordnung aufweist, die zur Steuerung der Ausgangsspannung des Frequenzumrichters (42) mit pulsbreitenmodulierten Schaltsteuersignalen ansteuerbar ist.

22. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei welcher die PLL-Einrichtung (30) einen Phasendetektor, ein Schleifenfilter und einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweist.

23. Steuervorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher der Phasendetektor und/oder das Schleifenfilter mit Hardwarekomponenten realisiert sind.

24. Steuervorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, bei welcher der Frequenzumrichter (42) und die PLL-Einrichtung (30) in eine Frequenzumrichterschaltungsanordnung integriert sind.

25. Steuervorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher die Funktion des Phasendetektors und/oder des Schleifenfilters softwaremässig durch Programmierung der Frequenzumrichterschaltungsanordnung realisiert sind.